Waste not, want not.
In ogni fase del sistema elettrico – dal generatore alla presa – ci sono perdite di energia. Quando l’energia viene persa, le utenze devono generare o acquistare energia aggiuntiva per soddisfare la domanda. In altre parole, l’inefficienza costa denaro.
Un modo semplice per calcolare la perdita in termini di costo è moltiplicando il costo medio di energia per megawattora volte le perdite di energia totali. Un altro modo è scoprire la percentuale di perdita dell’utilità, che è il rapporto tra le perdite totali di energia e le fonti totali di energia. La percentuale di perdita mediana per il potere pubblico è del 4,07%. Perdite superiori al 6% per i servizi di pubblica utilità possono indicare perdite fisiche eccessive.
C’è un forte incentivo per le utility per essere in grado di utilizzare la maggior parte dell’elettricità che hanno. L’efficienza non riguarda solo i costi: è anche un buon indicatore delle prestazioni e della salute del sistema e il monitoraggio di vari elementi, come il calore in eccesso dei trasformatori e di altre apparecchiature, può supportare una maggiore affidabilità. L’importanza dell’efficienza per le utility è il motivo per cui è una componente sia del fornitore di energia intelligente che delle designazioni affidabili del fornitore di energia pubblica.
Da dove provengono le perdite?
Alcune perdite di sistema sono inevitabili e la perdita non può essere eliminata del tutto.
Quasi due terzi dell’energia sono persi nella generazione e nella trasmissione di elettricità.
A livello di distribuzione, che è ciò che la maggior parte delle utility gestisce, la maggior parte delle perdite si verifica nelle linee (aeree o sotterranee) e nei trasformatori.
- linee Primarie e le autorità di regolamentazione possono rappresentare quasi la metà del sistema di distribuzione perdite
- Trasformatori di circa il 27% del sistema di distribuzione perdite
Perdite in altri dispositivi, come ad esempio interruttori, costituiscono una parte inferiore delle perdite, ma può essere significativo nel sistema secondarie, dove le correnti tendono ad essere elevati.
Ecco un breve aggiornamento sui modi in cui le utility pubbliche possono lavorare per ridurre le perdite in conduttori e trasformatori.
Riduzione delle perdite dei conduttori
I conduttori consentono il flusso di corrente elettrica. I conduttori inoltre offrono la resistenza al flusso di corrente, che provoca la perdita di potere. La perdita di potenza (in watt) è rappresentata dalla relazione familiare:
P=I2R
La corrente trasportata dal conduttore in ampere (A) e la resistenza elettrica in ohm (Ω) sono simboleggiate rispettivamente come I e R. La resistenza aumenta con la lunghezza del conduttore e diminuisce con l’area della sezione trasversale del conduttore. Proprio come più acqua fluirà attraverso un tubo largo rispetto a uno stretto, la carica elettrica è più alta e la resistenza è inferiore sui fili con maggiori aree di sezione trasversale.
La resistenza, R, per un conduttore è determinata dalla seguente equazione:
R = pL / A
La resistività di un oggetto è rappresentata da ρ (rho) ed è misurata in Ω m (ohmmetri). L rappresenta la lunghezza e A rappresenta l’area della sezione trasversale del materiale. Le relazioni mostrate nelle equazioni confermano che la resistenza del conduttore aumenta con maggiore lunghezza e diminuisce con aree di sezione trasversale più grandi.
I conduttori tipici utilizzati nella nuova distribuzione aerea sono 336.4 kcmil 26/7, che implica 26 fili di conduttore di alluminio che circondano 7 fili di acciaio. L’area dell’alluminio conduttore è 336,4 kcmils, dove un kcmil è mille mil circolari e un mil circolare è l’area di un cerchio con un diametro di un mil (0,001 pollici). I conduttori più vecchi, come la linea di rame AWG #4, hanno una sezione trasversale di 41,7 kcmils.
Il seguente esempio semplificato viene utilizzato per mostrare come il riconductoring può ridurre le perdite di linea. Se un programma di utilità sostituisce # 4 AWG filo di rame solido con 336.4 kcmil filo di alluminio incagliato sulla sua distribuzione, può ridurre la perdita di potenza di un fattore di quasi 5.
| Conduttore | Spiaggiamento | Circolare mil | Ammissibile ampacity | Resistenza ohm/km | perdite di Linea per 100 ampere di carico alla fine di un 1 km di linea |
| 4 AWG | > Solido | 41,740 | 170 | 1.314 | 13.14 kW |
| 336.4 | 26/7 | 336,400 | 510 | 0.273 | 2.73 kW |
Ristrutturazione o la sostituzione dei vecchi conduttori è una perdita importante, tecnica di riduzione e in grado di fornire un aumento di capacità del sistema. Mentre riconductoring è teoricamente una grande opzione per ridurre le perdite, il processo, compreso il nuovo hardware, è costoso.
Riduzione delle perdite del trasformatore
I trasformatori riducono l’elettricità ad alta tensione da una linea elettrica a una tensione inferiore sul sistema di distribuzione. Le perdite del trasformatore si dividono in due categorie: perdite di carico (perdite di avvolgimento) e perdite a vuoto (perdite di nucleo). Le perdite a vuoto si verificano continuamente mentre il trasformatore è eccitato e le perdite di carico variano al variare del carico.
La maggior parte delle perdite del trasformatore sono perdite di carico, il che rende il calcolo delle perdite di carico un elemento essenziale di qualsiasi valutazione del trasformatore.
La capacità del trasformatore, o la dimensione elettrica di un trasformatore, è valutata in kVA. Il carico del trasformatore kVA è il prodotto della corrente e della tensione. kV è la tensione nominale del trasformatore in kilovolt e I è la corrente del trasformatore in ampere. Il prodotto è approssimativamente lo stesso sul lato primario o secondario del trasformatore.
Trasformatori monofase kVA loading = kV * I
Trasformatori trifase kVA loading = √3 kV * I
La tensione per i circuiti trifase nell’espressione di cui sopra è la tensione line-to-line e la corrente a cui si fa riferimento è la corrente di linea. Il carico del trasformatore è valutato in kVA ed è tre volte il carico per fase, supponendo che le fasi siano approssimativamente bilanciate. L’espressione è valida sia per gli avvolgimenti collegati a delta che a wye.
La tensione in un sistema di distribuzione deve essere mantenuta pari o vicina al valore nominale. Le perdite di carico del trasformatore, che variano strettamente con il quadrato della corrente, variano anche approssimativamente con il quadrato del carico del trasformatore kVA. Le perdite di carico e le perdite a vuoto al carico nominale del trasformatore possono essere ottenute dai dati del produttore o dalle prove condotte sul trasformatore.
Alcuni esempi di opzioni tecnologiche che i produttori utilizzano per migliorare l’efficienza includono:
- Acciai per core elettrici di qualità superiore
- Diversi materiali conduttori
- Regolazioni alla configurazione core e bobina
Le utility possono anche creare garanzie contro i valori di perdita del trasformatore per l’acquisto di accordi con i produttori, come ad esempio:
- Richiedendo la prova ampliata del produttore per i grandi lotti dei trasformatori con la documentazione di prova sostenente.
- Che richiedono visite in loco da parte del personale di servizio durante le prove del produttore.
- Utilizzando un laboratorio indipendente per testare campioni di trasformatori.
- Che richiedono aggiustamenti di prezzo per trasformatori che non soddisfano le prestazioni di perdita garantite.
Altre strategie per ridurre e monitorare la perdita del trasformatore includono:
- Acquisto di nuovi trasformatori (e regolatori di tensione) sulla base di una valutazione dei costi del ciclo di vita.
- Utilizzo della funzione di compensazione delle cadute di linea sui regolatori di tensione per evitare di esporre i trasformatori più vicini ai regolatori a tensioni superiori al 5%.
- Utilizzando il trasformatore di capacità più piccolo possibile per ogni installazione, considerando fattori quali la temperatura ambiente durante il carico di picco, la durata del carico di picco previsto e la crescita del carico previsto; ciò potrebbe escludere l’uso di trasformatori completamente autoprotetti (CSP), la cui capacità di sovraccarico è limitata dal funzionamento automatico dell’interruttore secondario integrale.
- Mantenere le registrazioni di cui i clienti sono collegati a ciascun trasformatore operativo e monitorare il carico del cliente su ciascun trasformatore; assicurarsi che tutti i trasformatori abbandonati siano stati scollegati dalla linea primaria.
Altri modi per ridurre le perdite
Ci sono molti altri modi per misurare e ridurre la perdita del sistema di distribuzione – alcuni che sono più facili da implementare e altri che sono associati a spese più elevate. I passaggi più costosi in genere comportano costi economici del ciclo di vita e analisi ingegneristiche.
- Esaminare regolarmente le prestazioni del sistema e assicurarsi di avere un’immagine accurata del fattore di carico.
- Individuare le aree problematiche con perdite fisiche.
- Priorità aggiornamenti in base al maggior costo di energia o perdita di domanda.
- Mantenere correnti uguali (bilanciate) su tutte e tre le fasi del circuito di alimentazione per quanto sia pratico.
- Utilizzare il più grande conduttore economico per nuovi circuiti primari e mantenere i circuiti secondari il più brevi possibile.
- Utilizzare il conduttore di dimensioni economiche più grandi per i nuovi circuiti primari e valutare i vantaggi della costruzione trifase rispetto a quella monofase; evitare l’applicazione di regolatori di tensione a valle della sottostazione, ove possibile.
- Analizzare i banchi di condensatori per verificare che le dimensioni e la posizione dei condensatori siano correttamente abbinate al carico dell’alimentatore.
- Installare i condensatori per correggere il fattore di potenza in base alle caratteristiche dell’alimentatore dosato, alla modellazione assistita dal computer e all’analisi economica dei costi del ciclo di vita.
- Controllare ogni moltiplicatore di contatori registrato sul sistema di fatturazione contro i moltiplicatori corrispondenti contrassegnati sui contatori ogni due anni.
- Eseguire metro test e calibrazione regolarmente. Collaudi i metri monofase del cliente ogni otto anni, i metri polifase ogni sei anni ed i metri di alto-uso (che portano in più di 3% delle entrate totali del sistema) annualmente.
- Installare apparecchiature di misurazione/supervisione per ogni alimentatore per ottenere, al minimo, profili di tensione, corrente e fattore di potenza in funzione del tempo.
- Convertire lungo, sostanzialmente caricato circuiti monofase a trifase.
- Convertire uno o più alimentatori a un livello di tensione più elevato
- Ricondurre i tronchi dei circuiti esistenti pesantemente caricati, iniziando dall’estremità della sorgente.
Aumentare l’efficienza aiuta a continuare a mantenere il vantaggio del potere pubblico in termini di affidabilità e convenienza rispetto ai nostri pari. Unisciti alla lista dei servizi energetici per condividere ulteriori suggerimenti e strategie per ridurre le perdite.
PS – Le utility con sforzi eccezionali in materia di efficienza energetica dovrebbero prendere in considerazione la possibilità di richiedere la designazione di fornitore di energia intelligente. Le domande sono dovute 30 aprile.